Công nghệ đang phát triển với một tốc độ nhanh chưa từng thấy, kể cả những tiên đoán trong năm năm gần đây cũng không theo kịp. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến việc thiết kế bộ lưu điện (UPS - Uninterruptible Power Supply), do UPS được sử dụng trong nhiều môi trường khác nhau : công nghiệp, thương mại, giáo dục và y tế. Tất cả những nơi này đều có điểm chung là thường xuyên thay đổi và ứng dụng các công nghệ mới, do đó UPS phải có đủ độ linh hoạt để đáp ứng nhu cầu về năng lượng thay đổi theo thời gian, không chỉ là công suất mà còn là khả năng chịu quá tải trong điều kiện chất lượng nguồn điện khác nhau.
Thêm vào đó, vai trò ngày càng quan trọng của hệ thống CNTT trong xã hội ngày nay. Sẽ bị ảnh hưởng rất nhiều khi một hệ thống CNTT bị hỏng hóc. Ví dụ thường thấy nhất là hệ thống CNTT của một ngân hàng chỉ cần gặp trục trặc vài ngày, sẽ có một sự cố tài chính lên đến hàng triệu đô la. Vì vậy, tính sẵn sàng của UPS phải luôn đạt được mức 100% để bảo vệ cả hệ thống tránh khỏi mọi sự cố về điện.
Chi phí đầu tư cũng là một vấn đề. Độ hiệu dụng của UPS càng lúc càng cao, là yêu cầu bắt buộc không chỉ để đáp ứng nhu cầu về chi phí mà còn tăng độ thân thiện với môi trường. Do đó, độ hiệu dụng, tính linh động và khả năng sẵn sàng là các yếu tố chính để thiết kế và phát triển các giải pháp UPS dạng mô-đun. Với kiến trúc của UPS dạng mô-đun, việc mở rộng sẽ dễ dàng hơn, chiếm không gian ít hơn, lượng điện năng tiêu thụ và lượng khí CO2 phát ra môi trường sẽ giảm đáng kể, đáp ứng được nhu cầu hiện tại lẫn nhu cầu thay đổi trong tương lai. Vì vậy, các trung tâm dữ liệu ngày càng ưu tiên sử dụng.
UPS dạng mô-đun.
Độ hiệu dụng, khả năng mở rộng, bảo trì và độ sẵn sàng là những nhân tố quan trọng dẫn đến sự phát triển nhanh chóng của giải pháp UPS dạng mô-đun trong thị phần UPS ba pha. Tuy nhiên, không phải tất cả các hệ thống UPS dạng mô-đun đều giống nhau, hai loại UPS dạng mô-đun phổ biến thường gặp là DPA (Decentralized Parallel Architecture) và CPA (Centralized Parallel Architecture).
Với UPS dạng mô-đun có kiến trúc CPA sẽ không loại bỏ được lỗi “single point failure”, nghĩa là một điểm bị sự cố thì cả hệ thống có thể bị mất nguồn. Còn với UPS kiến trúc DPA sẽ loại bỏ được lỗi này, mỗi mô-đun tương đương một UPS riêng biệt; bao gồm bộ điều khiển, bộ chỉnh lưu, bộ nghịch lưu, bộ sạc, bộ biến tần, bộ chuyển mạch và đường bypass độc lập. Thậm chí là ắc quy cũng có thể được cấu hình riêng biệt cho mỗi mô-đun. Bộ khung (Frame) với các mạch song song thông minh cho phép ghép tất cả các mô-đun thành một hệ UPS hoàn chỉnh nhưng những mô-đun này sẽ không phụ thuộc vào nhau, tạo thành một hệ thống song song và dự phòng thực sự. Nghĩa là, khi một mô-đun xảy ra lỗi, cả hệ thống UPS vẫn hoạt động bình thường với mức công suất của hệ thống UPS trừ đi công suất của mô-đun bị lỗi.
Tóm lại, với các thành phần chính trong UPS đều được dự phòng và phân phối giữa các mô-đun với nhau, tạo thành một hệ thống nguồn dự phòng không có điểm chết. UPS dạng mô-đun kiến trúc DPA sẽ tối ưu hóa hơn nữa thời gian hoạt động của hệ thống với khả năng cắm rút nóng (safe-swap) của các mô-đun.
Tính sẵn sàng
Thời gian trung bình giữa hai lần hỏng (MTBF – Mean time between failures) và thời gian trung bình để sửa chữa (MTTR – Mean time to repair) là những thông số chung trong ngành UPS có ảnh hưởng trực tiếp đến tính sẵn sàng của cả hệ thống. Thiết kế của UPS dạng mô-đun hướng tới việc tối ưu hóa thông số MTBF. Còn tính năng hot-swap giúp thay thế dễ dàng và nhanh chóng sẽ giảm thiểu thời gian sửa chữa (MTTR). Điều này không những tăng cường tính sẵn sàng cho cả hệ thống mà còn cắt giảm chi phí khi kỹ sư sẽ tiêu tốn ít thời gian hơn khi sửa chữa cũng như giảm thiểu các nguy cơ gây ra việc mất dữ liệu.
Độ hiệu dụng
Độ hiệu dụng đặc biệt quan trọng trong ứng dụng UPS vì thông số này thể hiện một cách trực tiếp mức năng lượng bị hao phí, không chỉ về chi phí mà còn về vấn đề môi trường. Năng lượng thất thoát này sẽ chuyển thành nhiệt và phải tiêu tốn thêm chi phí để xử lý lượng nhiệt dư thừa này. Với UPS dạng mô-đun có độ hiệu dụng cao và được trang bị thêm chế độ Eco, điện lưới sẽ được cấp trực tiếp đến tải, không cần phải chuyển từ nguồn AC sang DC và DC sang AC lại lần nữa, khi đó độ hiệu dụng có thể đạt đến mức 98%, nghĩa là năng lượng thất thoát chỉ khoảng 2%.
Chi phí
Đến thời điểm hiện tại, chi phí ban đầu khi đầu tư vào UPS dạng mô-đun vẫn còn cao hơn khá nhiều so với UPS truyền thống. Nhưng khi nhìn tổng thể, bức tranh giá cả sẽ thay đổi khi tính theo tổng chi phí sở hữu (TCO – Total cost of ownership). Độ hiệu dụng cao, tính sẵn sàng 100% và một số tiêu chí tiết kiệm khác thì sự chênh lệch chi phí giữa UPS dạng mô-đun và UPS truyền thống sẽ không còn chỉ sau một năm hoạt động.
Ngoài ra, một yếu tố khác cũng ảnh hưởng lớn đến TCO là chi phí cho không gian lắp đặt UPS. Đặc biệt, trong các trung tâm dữ liệu, không gian thường rất hạn chế nhưng nhu cầu về nguồn điện sẽ tăng theo từng ngày. Khi đó, với UPS truyền thống, các nhà quản lý sẽ gặp rất nhiều khó khăn và hạn chế trong việc hoạch định.
- Nếu đầu tư một UPS truyền thống công suất lớn để đáp ứng cho việc mở rộng trong tương lai, chi phí đầu tư ban đầu sẽ rất lớn, gây lãng phí so với nhu cầu hiện tại, và không hiệu quả trong việc tận dụng không gian sàn.
- Đối với UPS dạng mô-đun sẽ chiếm ít không gian lắp đặt, hiệu quả sử dụng cao, đầu tư đúng nhu cầu hiện tại và dễ dàng mở rộng về sau. Trong tương lai, khi nhu cầu về nguồn điện tăng lên, chỉ cần lắp thêm mô-đun, không tốn thêm không gian lắp đặt và thời gian đáp ứng nhanh.
Kết luận
UPS dạng mô-đun giúp giảm thiểu sự lãng phí điện năng và lượng khí CO2 sinh ra, góp phần bảo vệ môi trường. Đồng thời, giúp các nhà hoạch định dễ dàng hơn trong việc lập kế hoạch sử dụng và phát triển các ứng dụng trong tương lai, đảm bảo hiệu quả tối đa về chi phí, khả năng hoạt động liên tục của hệ thống, dễ dàng trong việc quản lý, vận hành và bảo trì. Với các đặc trưng này, UPS dạng mô-đun ngày càng thay thế cho các UPS truyền thống trong các trung tâm dữ liệu.
Lâm Tấn Minh Tâm
Theo ABB
